[发明专利]一种自平衡机器人抗持续性外力作用的姿态控制方法

说明书

本发明公开了一种自平衡机器人抗持续性外力作用的姿态控制方法，包括定时读取左右轮轴分别对应的编码器的数值，将两编码器的数值相加作为状态参数，所述状态参数具有正负；根据所述状态参数判断当前自平衡机器人的运行状态；根据所述运动状态，采用PID控制器调节自平衡机器人维持原地。本发明通过编码器判断当前自平衡机器人的运行状态，以避免陀螺仪无法正确反映自平衡机器人当前运行状态的弊端，并且通过不同的运行状态采取不同的措施，以保证准确快速的修复自平衡机器人的波动，调节平衡机器人的姿态，以实现始终维持原地平衡。

技术领域

本申请属于自平衡机器人领域，具体涉及一种自平衡机器人抗持续性外力作用的姿态控制方法。

背景技术

常规的两轮自平衡机器人与站在平衡机器人上的人组成了一个完整的系统，乘客可以通过调整自身的重心，来应对不同的状况。但是中小型两轮自平衡机器人在原地维持平衡过程中，当机器人受到一个较大的持续性水平外力影响的时候，为了维持平衡机器人会出现偏移甚至向一个方向移动的情况。通常会在这种情况下就需要自平衡机器人能够判断出外力的方向，并作出相应的反应以防止机器人向一个方向继续偏移，以影响机器人的正常工作。

当前两轮自平衡车普遍通过调整配重块的方式来实现重心的调整。而对于一些用于特殊场合的中小型两轮自平衡机器人来说，如果在原地维持平衡的过程中，遇到持续性水平外力的干扰，调整配重块可能会具有一定的滞后性，并且可能会对其工作造成影响，就需要机器人以其他的方式来改变其重心，以抵消持续性水平外力的干扰。

发明内容

本申请的目的在于提供一种自平衡机器人抗持续性外力作用的姿态控制方法，倾斜回正调整速度快，且在持续性水平外力下自平衡机器人仍能够维持原地平衡的姿态。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种自平衡机器人抗持续性外力作用的姿态控制方法，所述自平衡机器人为两轮自平衡机器人且左右轮轴上分别安装有编码器，所述自平衡机器人抗持续性外力作用的姿态控制方法，包括：

步骤S1、定时读取左右轮轴分别对应的编码器的数值，将两编码器的数值相加作为状态参数，所述状态参数具有正负；

步骤S2、根据所述状态参数判断当前自平衡机器人的运行状态，包括：

若所述状态参数的绝对值小于第一临界值，则当前自平衡机器人的运行状态为正常工作状态；

若所述状态参数的绝对值大于第二临界值，则当前自平衡机器人的运行状态为失控偏移状态；

若所述状态参数的绝对值位于第一临界值和第二临界值之间，则当前自平衡机器人的运行状态为可调偏移状态；

步骤S3、根据所述运动状态，采用PID控制器调节自平衡机器人的姿态，包括：

若运行状态为正常工作状态，则不需要重心调节；

若运行状态为可调偏移状态，则通过速度环PI控制器抵消自平衡机器人受的持续性水平外力维持原地平衡；

若运行状态为失控偏移状态，则通过角度补偿的角度环PD控制器改变自平衡机器人的重心，抵消受到的持续性水平外力维持原地平衡。

作为优选，若所述自平衡机器人为向前运动，则状态参数为正数；若所述自平衡机器人为向后运动，则状态参数为负数。

作为优选，所述通过角度补偿的角度环PD控制器改变自平衡机器人的重心，抵消受到的持续性水平外力维持原地平衡，包括：

建立角度环PD控制器的输出公式为：

Balance_PWM＝Balance_Kp*Angle+Balance_Kd*Gyro